Bisher unbekannter Mikroorganismus in heißer Quelle entdeckt

Diese Entdeckung hat wesentliche Konsequenzen für das Verständnis der Ökologie und Evolutionsgeschichte Ammoniak oxidierender Mikroorganismen. Die Ergebnisse wurden am 5. Februar 2008 im US-Wissenschaftsmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) publiziert.

Nur Mikroorganismen können aus der Umwandlung von Ammoniak zu Nitrit, der so genannten Ammoniakoxidation, Energie gewinnen. Diese Reaktion ist für einen funktionierenden Stickstoffkreislauf auf der Erde von elementarer Bedeutung. In Kläranlagen macht sich der Mensch Ammoniak oxidierende Mikroorganismen zunutze, um den über Harnstoff ins Abwasser gelangenden Ammoniak, der toxisch für viele Wasserlebewesen ist, zu entgiften. In der Landwirtschaft versucht man hingegen, die Aktivität dieser Mikroorganismen zu unterdrücken, da diese die Effizienz der Düngung verringert und zur Verunreinigung des Grundwassers mit Stickstoffverbindungen wie Nitrit und Nitrat führt.

„Der Prozess der Ammoniakoxidation und die dafür verantwortlichen Bakterien sind seit vielen Jahrzehnten bekannt und sehr gut erforscht“, erklärt Michael Wagner, der Leiter des Departments für Mikrobielle Ökologie: „Vor wenigen Jahren kam es allerdings zu einem überraschenden wissenschaftlichen Durchbruch: Verschiedene ForscherInnengruppen – darunter auch jene von Christa Schleper, Leiterin des Departments für Ökogenetik an der Universität Wien, – fand heraus, dass es neben Bakterien auch Archaeen gibt, die Ammoniak oxidieren und dass diese Archaeen in vielen Meerwasser- und Bodenproben häufiger vorkommen als die Ammoniak oxidierenden Bakterien.“

Heiße Bedingungen
Diese wissenschaftliche Erkenntnis hat für die Mikrobiologie viele neue Fragen aufgeworfen: Wie unterscheiden sich die Stoffwechselleistungen Ammoniak oxidierender Bakterien und Archaeen? Unter welchen Umweltbedingungen setzt sich welche der beiden Mikroorganismengruppen durch? Wann ist die Fähigkeit, durch die Oxidation von Ammoniak Energie zu gewinnen, erstmals in der Evolutionsgeschichte entstanden? Mag. Roland Hatzenpichler, DOC-Stipendiat der Akademie der Wissenschaften am Department für Mikrobielle Ökologie, hat gemeinsam mit Michael Wagner und Holger Daims nun erstmals die Ammoniakoxidation in einer heißen Quelle in Russland untersucht.
Ökologische Nische
Die Mikrobiologen der Universität Wien identifizierten in einer Anreicherungskultur aus dieser Quelle, die von Kooperationspartnern aus Hamburg (Eva Spieck) und Moskau (Elena Lebedeva) etabliert wurde, mit Hilfe moderner molekularbiologischer Methoden ein neues Archaeon – Nitrososphaera gargensis – und zeigten, dass dieses tatsächlich in der Lage ist, Ammoniak zu oxidieren. Zudem wiesen die Forscher nach, dass dieser Organismus niedrige Ammoniakkonzentrationen bevorzugt.

Damit wurde nicht nur eine große Wissenslücke über den Stickstoffkreislauf in heißen Quellen geschlossen, sondern das Forscherteam erhielt auch wertvolle Hinweise, dass wärmeliebende Archaeen bereits sehr früh in der Evolutionsgeschichte die Fähigkeit zur Ammoniak-Oxidation entwickelten. Aus der ökophysiologischen Charakterisierung von N. gargensis lässt sich zudem die Hypothese ableiten, dass Ammoniak oxidierende Archaeen möglicherweise generell an niedrige Ammoniakkonzentrationen angepasst sind und somit eine andere ökologische Nische besetzen als die an höhere Ammoniakkonzentrationen adaptierten Ammoniak oxidierenden Bakterien.

Studie „A moderately thermophilic ammonia-oxidizing crenarchaeote from a hot spring“: http://www.pnas.org/cgi/reprint/0708857105v1

Kontakt
Univ.-Prof. Mag. Dr. Michael Wagner
Department für Mikrobielle Ökologie
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14 (UZA I)
T +43-1-4277-543 90
michael.wagner@univie.ac.at
Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Öffentlichkeitsarbeit
Universität Wien
1010 Wien, Dr.-Karl-Lueger-Ring 1
T +43-1-4277-175 31
alexandra.frey@univie.ac.at